COMBUSTION ENGINES - ptnss

Źródła zanieczyszczeń i uszkodzeń części przepływowej okrętowego turbinowego...
the engine with the intake air. A drop in the evenness of the
shape of the vanes occurs and increased roughness occurs
in their concave parts.
It is quite frequent and hazardous for the engine that during
winter operation intense erosive wear occurs of the compressor
vanes (intake stages in particular) caused by the presence of
ice solids detached from the iced air intakes [7].
The engine turbines are also prone to erosion of the flow
channels. This process (abrasive erosion) is related to the
formation of hard, charred particles in the products of incomplete
combustion. The greatest wear occurs then in the vanes
(cutting edges) of the first stage of the high-pressure turbine.
Fig. 7 presents the cutting edge of the high-pressure turbine
guide vane recorded during the endoscopic examinations.
The intensity of the erosive processes in the flow part is a
function of the kinetic energy of the particles, the condition
of the surface and the hardness of the construction material
as well as the angle of attack of the flowing working medium
on the channel. The destructive consequences of the erosive
wear are additionally augmented by the corrosion processes.
As a consequence, the efficiency of the individual flow machines
and the strength properties of the vanes are reduced,
which may cause local increase in the tension concentration
as well as formation and development of micro cracks until
complete destruction (breaking) of the vane.
4. The influence of the deposit layer on the operating
parameters of the compressor and turbines
The layers of salt, tar and other contaminants that deposit
on the surfaces of the flow part of the compressors and turbines
with varied intensity modify the shape and geometry
of the vanes, the shape of the flow channels and the structure
of the surfaces. It is significant, particularly for the compressors
that the increase in the values of the roughness of the
vane surface reaches several times (see Fig. 3). In a brand
new engine the arithmetic average deviation of the profile
from the average line of the profile marked as Ra does not
exceed one micrometer [11]. During the operation of the
engine between overhauls this parameter value grows up to
several tens of micrometers [8]. For the turbines the growth
in the Ra value triggered by the formation of a deposit may
reach up to several micrometers. The results of the increased
roughness of the surface is in each case a growth of the flow
resistance and as a result – reduced efficiency of the rotor
assembly of the contaminated compressors and turbines.
An example dependence of the changes in the efficiency
of the flow machines of a turbine engine as a function of
the average arithmetic profile deviation from the average
line of that profile on the length of the elementary portion
le of the rotor and the guide vane surfaces has been shown
in Fig. 8.
When analyzing the influence of the contamination of
the flow channels on the characteristics of the compressor
of a turbine engine we need to distinguish two possibilities
that determine these characteristics:
– channel contamination i.e. flow channel upstream or
downstream the compressor,
silników spalinowych i bardzo niebezpieczne w skutkach jest
intensywne zużycie erozyjne łopatek sprężarki, szczególnie
stopni wlotowych, wywołane obecnością kryształków lodu
odrywanych z oblodzonych wlotów powietrza [7].
Turbiny silnika są również narażone na zużycie erozyjne
powierzchni kanałów przepływowych. Proces ten (erozja
ścierna) związany jest z tworzeniem twardych, zwęglonych
cząsteczek w produktach niecałkowitego spalania paliwa
w komorze spalania. W największym stopniu zużywają się
wówczas łopatki pierwszego stopnia turbiny wysokiego ciśnienia,
szczególnie na ich krawędziach natarcia. Na rysunku
7 przedstawiono, zarejestrowaną w czasie badań endoskopowych
silnika w bieżącej eksploatacji, krawędź natarcia
łopatki kierowniczej turbiny wysokiego ciśnienia.
Intensywność procesów erozyjnych w części przepływowej
silnika jest funkcją energii kinetycznej cząsteczek, stanu
powierzchni i twardości materiału konstrukcyjnego oraz kąta
natarcia strumienia przepływającego czynnika roboczego na
powierzchnię kanału. Destrukcyjne konsekwencje zużycia
erozyjnego dodatkowo pogłębia oddziaływanie procesów
korozyjnych. W konsekwencji obniżają się sprawności poszczególnych
maszyn przepływowych, a także właściwości
wytrzymałościowe materiału łopatek, co może spowodować
miejscowy wzrost koncentracji naprężeń, powstawanie i
rozwój mikropęknięć, aż do całkowitego zniszczenia (ułamania)
łopatki.
4. Wpływ warstwy osadu na parametry pracy
sprężarek i turbin
Warstwa soli, nagaru i innych zanieczyszczeń, które
podczas użytkowania silnika z różnym natężeniem osadzają
się na powierzchniach części przepływowej sprężarek
i turbin, zmieniają kształt i wymiary geometryczne
łopatek, kształt kanałów przepływowych i chropowatość
powierzchni. Bardzo istotne, i to szczególnie w odniesieniu
do sprężarek, jest kilkakrotne nawet zwiększenie wartości
parametrów charakteryzujących chropowatość powierzchni
profilu łopatki (patrz rys. 3). W fabrycznie nowym silniku
średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej
tego profilu, oznaczane jako Ra, nie przekracza jednego
mikrometra [11]. W czasie międzyremontowego okresu
eksploatacyjnego parametr ten zwiększa swoja wartość nawet
do kilkudziesięciu mikrometrów [8]. Dla turbin wzrost
wartości Ra wywołany powstawaniem osadu wynosić może
nawet kilkaset mikrometrów. Rezultatem wzrostu wartości
parametrów chropowatości powierzchni jest w każdym
przypadku wzrost oporów przepływu i w rezultacie – obniżenie
sprawności palisad łopatkowych zanieczyszczonych
sprężarek i turbin.
Przykładową zależność zmian sprawności maszyn przepływowych
silnika turbinowego, jako funkcję średniego
arytmetycznego odchylenia profilu od linii średniej tego
profilu mierzone na długości odcinka elementarnego le
powierzchni łopatek wirnikowych i kierowniczych przedstawiono
na rys. 8.
Rozpatrując wpływ zanieczyszczenia kanałów przepływowych
na charakterystykę sprężarki turbinowego silnika
16 COMBUSTION ENGINES, No. 4/2012 (151)